Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая характеристика состава алмазосодержащего сырья и современное состояние технологии извлечения алмазов 9
1.1. Вещественный состав алмазоносных пород 9
1.2. Особенности и основные требования к технологии обогащения алмазосодержащего сырья 21
1.3. Анализ причин потерь алмазов при существующей технологии обогащения 28
Выводы к главе 1 34
Глава 2. Объекты и методы исследований 36
2.1. Объекты исследования 36
2.2. Методы исследования водных систем 36
2.3. Оценка состояния поверхности алмазов 44
2.4. Определение технологической эффективности применения электрохимически обработанных водных систем 45
2.5. Методы изучения элементного и фазового состава плёнок 51
2.6. Методика проведения технологических испытаний 59
Выводы к главе 2 60
Глава 3. Исследование закономерности изменения физико-химических характеристик минерализованных водных систем в процессе их электрохимической обработки 61
3.1. Принципы электролиза и изменение физико-химических характеристик водных систем в процессе электрохимической обработки в аппарате бездиафрагменного типа 61
3.2. Изучение насыщения продуктов электролиза водных систем электролизным газом 71
Выводы к главе 3
Глава 4. Исследование механизма действия продуктов электролиза водных систем на поверхностные и технологические свойства алмазов
4.1. Исследование гидрофильно - гидрофобного состояния поверхности алмазов и классификация их по этим признакам
4.2. Исследование элементного и фазового состава поверхности алмазов различных типов
4.3. Исследование влияния продуктов бездиафрагменного электролиза водных систем на изменение состава поверхностной плёнки, гидрофобности и флотируемости природных алмазов 81
Выводы к главе 4 88
Глава 5. Разработка и внедрение электрохимического метода водоподготовки в схеме флотационного обогащения алмазосодержащих руд 90
5.1. Исследование влияния продуктов электролиза водных систем на извлечение природных алмазов методом беспенной флотации 90
5.2. Опытно-промышленные испытания 100
5.3. Промышленные испытания 109
Выводы 120
Список литературы
- Особенности и основные требования к технологии обогащения алмазосодержащего сырья
- Определение технологической эффективности применения электрохимически обработанных водных систем
- Изучение насыщения продуктов электролиза водных систем электролизным газом
- Исследование влияния продуктов бездиафрагменного электролиза водных систем на изменение состава поверхностной плёнки, гидрофобности и флотируемости природных алмазов
Особенности и основные требования к технологии обогащения алмазосодержащего сырья
По =_ результатам пересчета химических анализов и данным петрографических наблюдений основными компонентами кимберлитовых руд трубок "Мир", "Удачная" и других являются серпентин и кальцит, которые составляют 80-90 % объема и содержание которых сравнительно выдержано на глубину при небольшом снижении содержания серпентина вниз по разрезу трубки "Удачная 712,13,15/.
Для всех руд верхних горизонтов кимберлитовых трубок характерно взаимосвязанное присутствие флогопита и хлорита, количество которых в сумме составляет около 10%. Содержание хлорита с глубиной систематически снижается, причем эта закономерность характерна для всех трубок.
Существенным компонентом всех кимберлитовых руд является постоянное и значительное количество обломков вмещающих осадочных пород, представленных известняками, мергелями и другими разностями, количество которых также снижается вниз по разрезу трубок/10,11/. В табл. 4 представлен химический состав кимберлитов некоторых трубок Западной Якутии 191.
Химический состав кимберлитовых пород обусловливает различную флотируемость алмазов. В частности, на примере рудного сырья трубки "Удачная", установлено сравнительно закономерное изменение химического состава с глубиной по данным сравнительного изучения пяти опорных горизонтов. На фоне увеличения общей магнезиальности происходит снижение содержания окислов кальция и железа, а также двуокиси углерода /10,12/. Вниз по разрезу трубки наблюдается смена кремнезем -глиноземистых составов на магнезиально-железистые. По петрохимическим признакам более измененные кимберлиты, в частности, западного тела трубки и ее верхних горизонтов, характеризуются характерным повышенным содержанием А1203, СаО, К20 и С02. Руда с более глубоких горизонтов и восточного тела Таблица 4 трубки отличается повышенным содержанием ТІО2, FeO, MgO. С глубиной фиксируются различия и в концентрации микропримесей Ni, Со, Сг, V. При обогащении руды трубки "Удачная" наблюдается различный уровень извлечения алмазов в процессе пенной сепарации /13 /: низкое извлечение алмазов связано с обогащением руды из верхней части разреза до глубины 100-120 м. Уровень извлечения составляет 30% (по данным ОТК);высокое извлечение алмазов отмечается при обогащении руды с более глубоких горизонтов. Уровень извлечения составляет 85% (по данным ОТК).
Следует подчеркнуть, что на глубине около 100м от поверхности трубки, практически не зафиксировано резкой смены разновидностей кимберлитов или их минерального состава. Однако, на этом же уровне происходит существенное снижение содержания вторичных минералов, в частности, целестина, стронцианита, точилинита, кварца, жильного кальцита. Приблизительно на этом уровне зафиксировано, что в составе основной массы кимберлитов данной трубки наблюдается снижение содержания флогопита и хлорита, а также вместо распространенных рудных минералов -пирита и магнетита в основной и связующей массе кимберлитовых пород преобладает перовскит. В целом по трубке и, особенно, по западному телу возрастает содержание оливина с глубиной.
В связи с тем, что настоящая работа посвящена вопросу интенсификации обогащения алмазосодержащего сырья Мирнинского региона, ниже рассмотрены основные причины изменения влияния на процесс пенной сепарации вещественного состава руды трубок "Мир", "Спутник", верхних и нижних горизонтов трубки "Интернациональная".
В изучаемой нами руде трубки "Мир" все основные типы ксенолитов глубинных пород и их разновидности, обнаруженные в верхней части трубки, найдены и на глубине. Сопоставление состава первичных минералов ксенолитов показало отсутствие различий между минералами ксенолитов верхних и глубоких горизонтов трубки, и, наконец, процесс серпентизации на глубине значительно выше, чем в верхних горизонтах. Это связано с воздействием на кимберлиты и содержащиеся в них ксенолиты высокоминерализованных вод, локализованных в пределах мощных соленосных залежей 191. В табл.5 представлен химический состав этих вод /21/.
Характерной особенностью кимберлитов верхних горизонтов трубки "Интернациональная" (до глубины 370 м) является относительно высокое содержание примеси терригенного материала вмещающих пород. Последний представлен песчанистой, алевритистой и глинистыми фракциями и состоит из кварца, полевого шпата, турмалина, плагиоклаза, сфена. Глинистая составляющая имеет монтмориллонитовый состав. Глубже 370 м количество перечисленных минералов резко снижается, а, начиная с глубины более 500 м, они фактически исчезают.
Определение технологической эффективности применения электрохимически обработанных водных систем
Выбор типа электрохимических кондиционеров проводили для условий процесса пенной сепарации с учетом требований, предъявляемых к используемой воде /74/.
На первом этапе каждой серии испытаний определялась вольтамперная характеристика электролиза исследуемой оборотной воды, т.е. строилась графическая зависимость U=f (I). Выполнение данного этапа исследований позволило выбрать характеристики и тип выпрямительных агрегатов, необходимых для обеспечения электрохимических кондиционеров воды заданными параметрами обработки (напряжение, сила тока, мощность).
Второй этап испытаний в период выбора опытных установок состоял в оценке возможностей изменения основных физико-химических свойств исследуемых водных систем в зависимости от величин объемной и поверхностной плотности тока и количества электричества, т.е. определялась зависимость величины Eh и рН от величины линейной плотности тока на электродах.
На третьем этапе испытаний отрабатывались параметры управления свойствами исследуемых водных систем при их электрохимической обработке в выбранном аппарате.
Испытания выполнялись как в проточном, так и в стационарном режимах работы аппаратов.
Методика испытаний заключалась в следующем: составлялась матрица выполнения эксперимента, в которой за переменные принимались величина плотности тока на электродах, время обработки, производительность, определялись контролируемые параметры для каждого этапа проведения экспериментов. В качестве контролируемых параметров физико-химических свойств и ионного состава принимались: величина водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала, концентрация растворённого кислорода, сульфат-, хлорид 44 =йонов, ионов кальция, магния, величина общей жесткости, концентрация гидроксил-ионов; в аппарат заливался определённый объем исследуемой водной системы, и проводилась обработка согласно матрице эксперимента. При этом в каждом конкретном опыте переменным являлся только один параметр, а значения остальных оставались постоянными; в каждом эксперименте снимались значения линейной нагрузки тока и напряжения, измерялись величины Eh и рН, определялся ионный состав и физико-химические характеристики, как исходной водной системы, так и продуктов её обработки. Если регулировка силы тока приводит к повышению напряжения на электродах, то для достижения прогнозируемых изменений физико-химических свойств и ионного состава исследуемых водных систем производили корректировку конструктивных параметров аппарата.
Полученные данные послужили базой для выбора типа и параметров промышленного электрохимического кондиционера.
Для исследования была взята коллекция алмазов класса -2 мм в количестве 200 кристаллов. Классификация исследуемых алмазов проводилась на контактном приборе системы В.А. Глембоцкого - КП -ЦК5. Устройство аппарата показано на рис.6.
Методика исследования состояла в следующем: в кювету объемом 20 мл заливали дистиллированную воду или исследуемую водную систему. В кювету загружали по одному кристаллу алмазов следующих узких классов крупности (мм): -2 +1; - 1 +0,5; - 0,5 + 0,2. На плунжер прикрепляли пузырек воздуха диаметром 3 мм. При заданном времени контакта, которое автоматически фиксировалось на приборе за счет опускания плунжера с пузырьком в кювету, к последнему прилипал кристалл алмаза. Контрольный эксперимент проводился с кристаллом в дистиллированной воде 3-5 раз при одном и том же времени контакта. На основании этих измерений была проведена классификация алмазов по свойствам их поверхности, а именно: на гидрофобные и гидрофильные. К гидрофобным отнесены кристаллы, которые прилипали к пузырьку воздуха при контакте в течение менее 50 мс, к гидрофильным - которые не прилипали в течении более ЗОООмс. Остальные кристаллы, которые закрепились в промежуток времени от 50 до 5000 мс, были отнесены к смешанному типу. Ошибка составляла 5%.
На основании полученных результатов была проведена дополнительная классификация алмазов по флотационным свойствам с использованием трубки Халлимонда (рис.7). Флотация в трубке Халлимонда единичных кристаллов использовалась для оценки флотируемости алмазов каждой классификационной группы кристаллов.
Далее оценка влияния, исследуемой водной системы с различными физико-химическими характеристиками на поверхностные свойства алмазов (степень гидрофобности, смачиваемости), методически проводилась следующим образом - каждый кристалл обрабатывался определённое время исследуемой водной системой, а степень гидрофобности поверхности определяли в дистиллированной воде с использованием вышеперечисленных приборов.
Изучение насыщения продуктов электролиза водных систем электролизным газом
Особого внимания заслуживает изменение соотношения форм хлорсодержащих ионов при изменении кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств продуктов электролиза воды, т.к. технические воды ф-ки №3 Мирнинского ГОКа относятся к сульфатным или хлоридно-сульфатным, в зависимости от типа обогащаемого сырья.
Экспериментально, на примере модельной водной системы с общей минерализацией 0,94 г/л, характеристика которой, представлена в табл.10, изучено изменение ее физико-химической характеристики в процессе электрохимической обработки в бездиафрагменном аппарате, работавшем в проточном режиме (Q = 20 л/ч). Результаты экспериментов представлены на рис. 11,12. При изменении расхода электроэнергии до 5 кВгч/м значение рН продукта обработки указанной водной системы изменялось от 7,25 до 8,25, а окислительно -восстановительного потенциала (Eh) - с +293 мВ до +690 мВ. Ш
Изменение значений Eh (а) и рН (б) в продуктах электролиза модельной водной системы с общей минерализацией 1г/л в зависимости от расхода электроэнергии (Q), Из представленных на рис.11, данных видно, что при обработке исследуемой водной системы в изученном диапазоне изменение значений рН и Eh происходит при расходе электроэнергии до 1 кВт-ч/м . В этой области начальное значение рН возрастает с 7,25 до 8,2, оставаясь практически постоянным при увеличении расхода электроэнергии (кривая б).
При этом окислительно-восстановительный потенциал водной системы, суммарно отражающий происходящие при электролизе процессы, с начального значения +293 мВ сдвигается в область отрицательных значений около -100 мВ и затем резко переходит в положительную область +600 +630 мВ, а с ростом расхода электроэнергии от 1 до 5 кВт ч/м увеличивается до +700 мВ (кривая а). Это связано с тем, что с увеличением плотности тока при достижении критической величины потенциала анода происходит окисление хлор-ионов и выделение свободного хлора по реакции: 2СГ - 2 е " - С Т. В результате этого происходит переход значений ОВП продуктов электролиза воды из отрицательной в положительную. Плотность тока, при котором происходит изменение знака ОВП продуктов электролиза, зависит от ионного состава последней и конструктивных особенностей аппарата.
Содержание суммы гипохлорит и хлорит-ионов ( рис.12,кривая а ) в продуктах обработки водной системы увеличивается практически пропорционально росту электроэнергии. Концентрация растворённого кислорода увеличивается с 5 до 20 мг/л ( рис.12, кривая б ). Содержание хлорид-ионов при этом уменьшается с 249,3мг/л до 200мг/л, что связано с окислением их до гипохлорит и хлорит-ионов.
Выявленные принципиальные изменения физико-химические характеристики модельных водных систем в процессе их электрохимической обработки подтверждены исследованиями на- технической воде и используемой при обогащении рудного сырья текущей добычи на фабрике №3 Мирнинского ГОКа. о н 1 1 1 1 1
Изменение концентрации суммы СЮ" и СЮг" ионов (а) и кислорода (б) в продуктах электролиза модельной водной системы с общей минерализацией 1 r/л в зависимости от расхода электроэнергии (Q). Согласно методике, =ла первом этапе каждой серии экспериментов определялись вольт - амперные характеристики электролиза исследуемых водных систем, т.е. строилась зависимость U = f (I). Вольт - амперные характеристики представлены на рис. 13.
На примере технической воды фабрики №3 МГОКа, характеризующейся в период исследований величиной рН 8,4 , Eh +270 мВ, общей минерализацией Юг/л и концентрацией хлорид-ионов 140 мг-экв/л, исследованы особенности изменений её физико-химических свойств при обработке в аппарате бездиафрагменного типа.
Из представленных на рис.14 данных видно, что при изменении продолжительности обработки до 60 мин и плотности тока до 400 А/м в первые 5-7 мин наблюдается повышение рН до 8,5-9,3 и сдвиг окислительно-восстановительного потенциала в область отрицательных значений (-200 мВ) (кривая а).
Содержание хлорид-ионов в области 3-5 мин обработки изменяется незначительно. Затем наблюдается его резкое уменьшение, причем наиболее наглядно при плотности тока 400 А/м (рис.14, в), вследствие образования окисленных форм хлорсодержащих соединений (перхлораты и др.), а также выделение хлор - газа.
При 20мин. обработке процесс электролиза практически стабилизируется и полученные продукты характеризуются значением рН 9,56; 9,3; 9,0 и Eh +750; +820; +850 мВ и содержанием хлорид-ионов 60; 70; 100 мг-экв/л при плотности тока 100; 200; 400 А/м .
Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтвердили, что независимо от исходной характеристики воды возможно получить целевые конечные продукты электрохимической обработки в аппарате бездиафрагменного типа с практически одинаковой физико-химической характеристикой: величина рН изменяется в пределах 8,5 - 9,3;
Исследование влияния продуктов бездиафрагменного электролиза водных систем на изменение состава поверхностной плёнки, гидрофобности и флотируемости природных алмазов
Результаты, представленные на рис.21 (д.3,4) подтверждают = возможность использования электрохимически обработанных водных систем для активации задепрессированной поверхности алмазов. Использование продукта бездиафрагменной обработки минерализованной воды в процессе флотации после агитации алмазов с исходной водной системой приводит к повышению извлечения с 20 до 41% (рис.21, д.З), а предварительная обработка алмазов продуктами бездиафрагменного электролиза минерализованной воды предупреждает пассивацию алмазной поверхности при флотации в исходной водной системе и позволяет получить извлечение в концентрат до 45% (рис.21, д.4).
Таким образом, полученные результаты лабораторных исследований свидетельствуют о технологической эффективности применения электрохимической обработки оборотных вод в процессе пенной сепарации.
Универсальность способа модификации поверхностных и флотационных свойств алмазов электрохимически обработанными водными системами подтверждена проведенными совместно с институтом "Якутнипроалмаз" экспериментами на коллекции изначально нефлотируемых кристаллов алмазов из кимберлитов трубки "Интернациональная".
Методика проведения экспериментов состояла в следующем: алмазы крупностью -2+1 мм в количестве 240шт подвергали беспенной флотации на установке института "Якутнипроалмаз" при продолжительности предварительной агитации кристаллов в исследуемой водной системе -2 мин, с последующей их флотацией в той же системе - 10 мин.
В исследованиях использована водная вытяжка из кимберлита трубки "Мир " для приготовления которой руду (кл. +5мм - 50%; -5 + 2мм - 20%, -2 +0 мм - 30%),) перемешивали с осветленной водой из хвостохранилища фабрики № 3 МГОКа при Т:Ж - 1:10; после выстаивания в течение 6 суток при периодическом перемешивании, осветленный слив использовали в качестве-исследуемой водной системы, характеристика которой представлена в табл. 16. Таблица 16. Физико-химическая характеристика исходной водной системы Водная система рн Eh, мВ Компоненты, мг/л г/л Na+ Mg2+ Са2+ сг НСОз" S042" Рудная вытяжка из кимберлита тр. "Интернациональная" 8,1 286 39,2 975,5 237,1 390,8 1455,5 24,4 1921,2 5,41 Электрохимическую обработку полученной водной системы проводили в аппарате бездиафрагменного типа с электродным блоком, изготовленным из нержавеющей стали. Рабочая площадь электродов - 0,01 м ; V - 350 см ; межэлектродное расстояние 1см.
Исследования по беспенной флотации алмазов в продуктах электролиза рудной вытяжки выполнены на установке института "Якутнипроалмаз" -усовершенствованная "трубка Халлимонда", позволяющей проводить эксперименты с большим количеством кристаллов в каждом опыте (240 шт) при постоянном и одинаковом расходе воздуха, что повышает достоверность результатов.
Исследования эффективности использования электрохимически обработанных водных систем в качестве реагентов-гидрофобизаторов (активаторов поверхности алмазов) выполнены в несколько этапов: - оценка эфективности действия; - оценка устойчивости эффекта активирующего действия; - оценка возможности восстанавления гидрофобных свойств задепрессированной поверхности алмазов. В табл. 17 представлены физико-химические характеристики исследуемых водных систем и результаты экспериментов по их использованию в процессе беспенной флотации. Таблица 17. Физико-химические характеристики продуктов электрохимической обработки и результаты беспенной флотации алмазов №№ оп. Q, А ч/л при электролизе рН Eh, мВ Извлечение (є), % без реагентов среагентами Бездиафрагменная обработка 1 Без обработки воды 8,1 +280 0 1,17 2 0,085 8,2 +124 18,8 3 0,13 8,2 +700 17,6 4 0,17 8,3 +770 13,6 5 0,25 8,3 +820 22,7 31,8 Из представленных результатов видно, что при использовании минерализованной воды в процессе беспенной флотации алмазы не извлекаются" (опыт 1). Изменение извлечения алмазов в концентрат беспенной флотации при использовании продуктов бездиафрагменного электролиза водной вытяжки представлено в табл. 17 (оп.2-5).
Экспериментально установлено, что использование в процессах активации и флотации алмазов трубки "Интернациональная" продукта бездиафрагменного электролиза минерализованной воды позволяет без применения реагентов получить извлечение кристаллов в среднем 22,7%, введение реагентов: мазут - 300 г/т; аэрофлот - 10 мг/л; ОПСБ - 15 мг/л -повышает извлечение алмазов до 31,8%, при исходном его значении 1,17%.
Для оценки устойчивости установленного выше активирующего действия электрохимической обработки на поверхность алмазов проведена серия экспериментов по обработке и флотации кристаллов в рудной вытяжке и продуктах ее бездиафрагменной обработки по схеме, представленной на рис.22:
